BR112016027714B1 - COMPOSITION, TOOL, AND METHOD FOR IMPROVING THE MECHANICAL PROPERTIES OF ELASTOMERS FOR DOWNTOWN APPLICATIONS - Google Patents

COMPOSITION, TOOL, AND METHOD FOR IMPROVING THE MECHANICAL PROPERTIES OF ELASTOMERS FOR DOWNTOWN APPLICATIONS Download PDF

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Abstract

composição, ferramenta, e, método para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço. composições e métodos para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de vedação de fundo de poço são fornecidos. uma modalidade é uma composição compreendendo: um elastômero de base; um agente curativo; e um polímero semicristalino. outra modalidade é uma ferramenta compreendendo: pelo menos um componente compreendendo um elastômero vulcanizado, em que o elastômero vulcanizado compreende um elastômero de base, um agente curativo e um polímero semicristalino. outra modalidade é um método compreendendo: misturar um elastômero de base, um agente curativo e um polímero semicristalino para formar uma mistura; colocar a mistura num molde; e vulcanizar a mistura.composition, tool, and method for improving the mechanical properties of elastomers for downhole applications. compositions and methods for improving the mechanical properties of elastomers for downhole sealing applications are provided. one embodiment is a composition comprising: a base elastomer; a healing agent; and a semicrystalline polymer. another embodiment is a tool comprising: at least one component comprising a vulcanized elastomer, wherein the vulcanized elastomer comprises a base elastomer, a curing agent and a semicrystalline polymer. another embodiment is a method comprising: mixing a base elastomer, a curing agent and a semicrystalline polymer to form a mixture; placing the mixture in a mould; and vulcanize the mixture.

Description

FUNDAMENTOSFUNDAMENTALS

[001] A presente divulgação fornece composições e métodos para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço.[001] The present disclosure provides compositions and methods to improve the mechanical properties of elastomers for downhole applications.

[002] Elastômeros são compostos que são comumente usados para fabricar componentes em uma variedade de ferramentas de fundo de poço e outros produtos de campo petrolífero, incluindo O-rings, gaxetas e peças de packer. Em particular, elastômeros são materiais poliméricos (isto é, moléculas formadas por longas cadeias de unidades monoméricas) que exibem um grau de viscoelasticidade. Quando submetidos a forças mecânicas, os elastômeros tipicamente podem deformar, esticar, extrusar, etc. Estas propriedades mecânicas tornam muitos elastômeros adequados para aplicações em que flexibilidade é importante ou é desejável para criar uma vedação. Por exemplo, a porção de um packer que deforma para vedar o furo de poço quando o packer é assentado (conhecida como o elemento) é, tipicamente, um elastômero.[002] Elastomers are compounds that are commonly used to manufacture components in a variety of downhole tools and other oilfield products, including O-rings, gaskets and packer parts. In particular, elastomers are polymeric materials (ie molecules formed by long chains of monomeric units) that exhibit a degree of viscoelasticity. When subjected to mechanical forces, elastomers typically can deform, stretch, extrude, etc. These mechanical properties make many elastomers suitable for applications where flexibility is important or desirable to create a seal. For example, the portion of a packer that deforms to seal the wellbore when the packer is seated (known as the element) is typically an elastomer.

[003] Vulcanização é um processo químico para mudar as propriedades mecânicas de elastômeros. Embora os detalhes específicos do processo possam variar, o processo de vulcanização geralmente envolve combinar aditivos (conhecidos como agentes de cura) com o elastômero e aquecer a mistura até ela reagir. Esta reação forma reticulações adicionais entre as cadeias individuais do polímero de elastômero. Como resultado destas reticulações, um elastômero vulcanizado é mais forte e mais rígido do que um elastômero equivalente que não foi vulcanizado. O processo de vulcanização pode ser usado para adaptar as propriedades mecânicas de um elastômero para uma aplicação desejada aumentando a resistência e a rigidez do elastômero.[003] Vulcanization is a chemical process to change the mechanical properties of elastomers. Although the specifics of the process may vary, the vulcanization process usually involves combining additives (known as curing agents) with the elastomer and heating the mixture until it reacts. This reaction forms additional crosslinks between the individual elastomer polymer chains. As a result of these crosslinks, a vulcanized elastomer is stronger and more rigid than an equivalent elastomer that has not been vulcanized. The vulcanization process can be used to adapt the mechanical properties of an elastomer to a desired application by increasing the strength and stiffness of the elastomer.

[004] No entanto, elastômeros vulcanizados ainda podem apresentar mudanças drásticas em propriedades mecânicas com um aumento na temperatura. Estas mudanças podem incluir, por exemplo, um aumento no módulo e uma diminuição no alongamento final antes da ruptura. Tais mudanças podem ter efeitos prejudiciais no desempenho do produto. Um alongamento diminuído em altas temperaturas pode ter efeito prejudicial no desempenho do elemento de packer. Por outro lado, materiais com módulo mais baixo em condições ambientes, mas módulo mais alto em temperaturas elevadas podem sofrer de assentamento em compressão mais alto, descompressão explosiva mais alta, tendências a extrusão mais altas ou danos de instalação em aplicações de vedação utilizando O-rings.[004] However, vulcanized elastomers can still show drastic changes in mechanical properties with an increase in temperature. These changes can include, for example, an increase in modulus and a decrease in final elongation before rupture. Such changes could have detrimental effects on product performance. Decreased elongation at high temperatures can have a detrimental effect on packer element performance. On the other hand, materials with lower modulus at ambient conditions but higher modulus at elevated temperatures may suffer from higher compression seating, higher explosive decompression, higher extrusion tendencies, or installation damage in sealing applications using O- rings.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[005] Estes desenhos ilustram certos aspectos de algumas das modalidades da presente divulgação e não devem ser utilizados para limitar ou definir as reivindicações.These drawings illustrate certain aspects of some of the embodiments of the present disclosure and are not to be used to limit or define the claims.

[006] A Figura 1 é um diagrama mostrando uma vista em seção transversal de um sistema de poço ilustrando o uso de um conjunto de packer exemplar tendo componentes compreendendo composições que incorporam a presente divulgação.[006] Figure 1 is a diagram showing a cross-sectional view of a well system illustrating the use of an exemplary packer assembly having components comprising compositions that incorporate the present disclosure.

[007] A Figura 2 é uma vista em seção transversal em escala ampliada de um conjunto de packer exemplar tendo componentes compreendendo composições que incorporam a presente divulgação.[007] Figure 2 is an enlarged-scale cross-sectional view of an exemplary packer assembly having components comprising compositions that incorporate the present disclosure.

[008] A Figura 3 é uma vista parcialmente em seção transversal de uma modalidade alternativa de um conjunto de packer exemplar tendo componentes compreendendo composições que incorporam a presente divulgação.[008] Figure 3 is a partially cross-sectional view of an alternative embodiment of an exemplary packer assembly having components comprising compositions that incorporate the present disclosure.

[009] A Figura 4 é um gráfico ilustrando dados relativos à percentagem de retenção da tensão no ponto de ruptura em 212° F e 302° F (em relação a 72° F) para várias modalidades da presente divulgação.[009] Figure 4 is a graph illustrating data relating to percentage retention of stress at break point at 212°F and 302°F (relative to 72°F) for various embodiments of the present disclosure.

[0010] A Figura 5 é um gráfico ilustrando outros dados relativos à percentagem de retenção do alongamento no ponto de ruptura em 212° F e 302° F (em relação a 72° F) para várias modalidades da presente divulgação.[0010] Figure 5 is a graph illustrating other data relating to percentage retention of elongation at break point at 212°F and 302°F (relative to 72°F) for various embodiments of the present disclosure.

[0011] Embora modalidades desta divulgação tenham sido representadas, essas modalidades não implicam uma limitação sobre a divulgação e nenhuma tal limitação deve ser inferida. A matéria divulgada é capaz de consideráveis modificações, alterações e equivalentes na forma e na função, tal como ocorrerá para aqueles versados na técnica pertinente e tendo o benefício desta divulgação. As modalidades descritas e representadas nesta divulgação são apenas exemplos e não são exaustivas do escopo da divulgação.[0011] While modalities of this disclosure have been depicted, those modalities do not imply a limitation on the disclosure and no such limitation should be inferred. The matter disclosed is capable of considerable modifications, alterations and equivalents in form and function, as will occur to those versed in the pertinent art and having the benefit of this disclosure. The modalities described and represented in this disclosure are examples only and are not exhaustive of the scope of the disclosure.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADESDESCRIPTION OF MODALITIES

[0012] A presente divulgação fornece composições e métodos para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço. Em particular, o presente pedido fornece composições de elastômero compreendendo tanto um elastômero de base quanto um aditivo de polímero semicristalino.[0012] The present disclosure provides compositions and methods for improving the mechanical properties of elastomers for downhole applications. In particular, the present application provides elastomer compositions comprising both a base elastomer and a semi-crystalline polymer additive.

[0013] Pode haver várias vantagens potenciais para os métodos e as composições da presente divulgação, somente algumas das quais são aludidas neste documento. Elastômeros utilizados para aplicações de fundo de poço são frequentemente submetidos a temperaturas elevadas que reduzem as propriedades mecânicas, como sua resistência e rigidez. Verificou-se que a inclusão de certos polímeros semicristalinos como aditivos em composições de elastômero utilizadas para aplicações de fundo de poço pode melhorar o grau de retenção de propriedades mecânicas nestas temperaturas elevadas.[0013] There may be several potential advantages to the methods and compositions of the present disclosure, only a few of which are alluded to in this document. Elastomers used for downhole applications are often subjected to elevated temperatures that reduce mechanical properties such as strength and stiffness. It has been found that the inclusion of certain semi-crystalline polymers as additives in elastomer compositions used for downhole applications can improve the degree of retention of mechanical properties at these elevated temperatures.

[0014] De acordo com modalidades da presente divulgação, é fornecida uma composição que compreende um elastômero de base, um agente de cura e um aditivo de polímero semicristalino. Em certas modalidades, o elastômero de base fornece a maioria da massa do material. Em certas modalidades, o agente de cura auxilia no processo de vulcanização. Em certas modalidades, a presença do aditivo semicristalino modifica as propriedades mecânicas da composição. Em certas modalidades, a composição pode compreender, opcionalmente, enchimentos ou aditivos adicionais.[0014] According to embodiments of the present disclosure, there is provided a composition comprising a base elastomer, a curing agent and a semi-crystalline polymer additive. In certain embodiments, the base elastomer provides the majority of the material's mass. In certain modalities, the healer aids in the vulcanization process. In certain embodiments, the presence of the semi-crystalline additive modifies the mechanical properties of the composition. In certain embodiments, the composition can optionally comprise additional fillers or additives.

[0015] Elastômeros de base que podem ser adequados para uso de acordo com a presente divulgação incluem qualquer elastômero que é capaz de ser usado para fabricar componentes de ferramentas para uso em aplicações de fundo de poço. Exemplos de elastômeros de base adequados incluem, mas não estão limitados a, nitrila butadieno (NBR) que é um copolímero de acrilonitrila e de butadieno, acrilonitrila butadieno carboxilado (XNBR), acrilonitrila butadieno hidrogenado (HNBR) que é comumente denominado como uma nitrila altamente saturada (HSN), acrilonitrila butadieno carboxilado hidrogenado (XHNBR), acrilonitrila butadieno hidrogenado carboxilado (HXNBR), etileno propileno (EPR), dieno etileno propileno (EPDM), tetrafluoretileno e propileno (FEPM), fluorcarbono (FKM), perfluorelastômero (FEKM) e similares. Está dentro da capacidade de um perito na arte, com o beneficio desta divulgação, selecionar um elastômero de base adequado para uso em modalidades da presente divulgação.[0015] Base elastomers that may be suitable for use in accordance with the present disclosure include any elastomer that is capable of being used to fabricate tool components for use in downhole applications. Examples of suitable base elastomers include, but are not limited to, nitrile butadiene (NBR) which is a copolymer of acrylonitrile and butadiene, carboxylated butadiene acrylonitrile (XNBR), hydrogenated butadiene acrylonitrile (HNBR) which is commonly referred to as a highly nitrile saturated (HSN), hydrogenated carboxylated butadiene acrylonitrile (XHNBR), carboxylated hydrogenated butadiene acrylonitrile (HXNBR), ethylene propylene (EPR), ethylene propylene diene (EPDM), tetrafluoroethylene and propylene (FEPM), fluorocarbon (FKM), perfluoroelastomer (FEKM) and the like. It is within the ability of one of skill in the art, with the benefit of this disclosure, to select a suitable base elastomer for use in embodiments of the present disclosure.

[0016] A seleção do elastômero depende do tipo de aplicação a que o elastômero será submetido durante o tempo de vida da produção de hidrocarboneto. Por exemplo, os requisitos de elastômero para a fase de exploração e perfuração que utiliza bombas de lama, equipamentos de cimentação e dispositivos de Medição Durante a Perfuração, podem ser diferentes daqueles usados na fase de teste e completação (utilizando equipamento de perfilagem, equipamento de canhoneio e packers e suspensores de linha) que podem ser diferentes daqueles exigidos durante a fase de produção (utilizando equipamento de cabeça de poço, estrangulamentos e válvulas, conjuntos de preventores, equipamento de gerenciamento de fluxo, risers e tubulações e linhas de fluxo). Algumas das propriedades dos elastômeros que podem ser selecionadas pela sua aptidão para uma fase particular em operações de furo de poço incluem estabilidade térmica, resistência química, resistência à extrusão, descompressão explosiva (isto é, liberação de gases permeados ou dissolvidos de uma parte do elastômero mediante despressurização rápida), assentamento por compressão (grau de perda de dimensão permanente mediante pressurização e despressurização), dureza, resistência à tração e rasgamento, relaxação de tensão, rigidez, alongamento sob tensão e alongamento final na ruptura e resistência à abrasão. Na maioria dos casos, estas propriedades deve ser estudadas em condições de furo de poço. As temperaturas, pressões, ambientes químicos e outras condições de fundo de poço podem definir os parâmetros para seleção de elastômeros adequados. Em temperaturas e pressões extremas, a faixa de elastômeros potencialmente adequados podem ficar muito limitada e cara (por exemplo, perfluorelastômeros).[0016] The selection of the elastomer depends on the type of application to which the elastomer will be subjected during the lifetime of the hydrocarbon production. For example, elastomer requirements for the exploration and drilling phase using mud pumps, cementing equipment and Measurement During Drilling devices may be different from those used in the testing and completion phase (using logging equipment, drilling equipment cannon and line packers and hangers) which may differ from those required during the production phase (using wellhead equipment, chokes and valves, preventer assemblies, flow management equipment, risers and pipelines and flow lines). Some of the properties of elastomers that can be selected for their suitability for a particular stage in wellbore operations include thermal stability, chemical resistance, extrusion resistance, explosive decompression (ie, release of permeated or dissolved gases from a portion of the elastomer upon rapid depressurization), compression setting (degree of permanent dimension loss upon pressurization and depressurization), hardness, tensile and tear strength, tension relaxation, stiffness, elongation under tension and final elongation at break, and resistance to abrasion. In most cases, these properties should be studied under wellbore conditions. Temperatures, pressures, chemical environments and other downhole conditions can set the parameters for selecting suitable elastomers. At extreme temperatures and pressures, the range of potentially suitable elastomers can become very limited and expensive (eg perfluoroelastomers).

[0017] Uma variedade de agentes de cura também pode ser adequada para uso de acordo com a presente divulgação. Sem limitar a presente divulgação a qualquer teoria ou mecanismo particular, os agentes de cura podem reagir com o elastômero de base durante o processo de vulcanização e criar reticulações entre as cadeias de polímero do elastômero de base para formar uma estrutura de rede reticulada tridimensional. Essas cadeias adicionam resistência aos elastômeros vulcanizados resultantes e evitam fusão. Exemplos de agentes de cura apropriados incluem, mas não se limitam a, peróxidos orgânicos, compostos de enxofre e compostos azo. Para fins desta divulgação, o termo "elastômeros"geralmente se refere a elastômeros que são curados antes de serem usados. Na literatura publicada, o termo "borracha"é tipicamente usado para se referir a um elastômero curado.[0017] A variety of healing agents may also be suitable for use in accordance with the present disclosure. Without limiting the present disclosure to any particular theory or mechanism, curing agents can react with the base elastomer during the vulcanization process and create crosslinks between the polymer chains of the base elastomer to form a three-dimensional crosslinked network structure. These chains add strength to the resulting vulcanized elastomers and prevent melting. Examples of suitable curing agents include, but are not limited to, organic peroxides, sulfur compounds and azo compounds. For purposes of this disclosure, the term "elastomers" generally refers to elastomers that are cured before use. In published literature, the term "rubber" is typically used to refer to a cured elastomer.

[0018] Uma variedade de polímeros semicristalinos pode ser adequada para uso de acordo com a presente divulgação, desde que o polímero semicristalino tenha tanto uma zona cristalina quanto uma zona amorfa. A cristalinidade de polímeros semicristalinos pode variar de cerca de 10% a cerca de 80%, dependendo das condições e da forma sob a qual o polímero fundido é resfriado e da presença de aditivos de nucleação. Os pontos de fusão de polímeros semicristalinos podem variar de cerca de 60°C a cerca de 325°C e as temperaturas de transição vítrea dos polímeros semicristalinos podem variar de cerca de -80°C a cerca de 100°C. Exemplos de polímeros semicristalinos adequados incluem, mas não estão limitados a, polipropileno (PP) (ou formas sindiotáticas ou isotáticas), polietileno (PE), poliamidas (por exemplo, náilon 12), polipropileno enxertado com anidrido maleico (por exemplo, FUSABOND® P MD353D) e polietileno enxertado com anidrido maleico (por exemplo, FUSABOND® E MX11OD), sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona (PEEK), poliéter cetona, poli-imidas termoplásticas, poliésteres e combinações ou misturas destes.[0018] A variety of semi-crystalline polymers may be suitable for use in accordance with the present disclosure, provided the semi-crystalline polymer has both a crystalline zone and an amorphous zone. The crystallinity of semi-crystalline polymers can range from about 10% to about 80%, depending on the conditions and form in which the molten polymer is cooled and the presence of nucleation additives. Melting points of semicrystalline polymers can range from about 60°C to about 325°C and glass transition temperatures of semicrystalline polymers can range from about -80°C to about 100°C. Examples of suitable semi-crystalline polymers include, but are not limited to, polypropylene (PP) (or syndiotactic or isotactic forms), polyethylene (PE), polyamides (eg, nylon 12), maleic anhydride grafted polypropylene (eg, FUSABOND® P MD353D) and maleic anhydride grafted polyethylene (eg FUSABOND® E MX11OD), polyphenylene sulfide, crystalline polystyrene, polyether ketone (PEEK), polyether ketone, thermoplastic polyimides, polyesters and combinations or mixtures thereof.

[0019] A interação entre o elastômero de base e o polímero semicristalino determina as propriedades das composições ensinadas pela presente divulgação. O elastômero de base é tipicamente um material amorfo. Ele pode estar sujeito a alto alongamento e ele pode expandir ou contrair para suportar uma tensão aplicada. No entanto, como observado anteriormente, as propriedades do material do elastômero podem mudar a temperaturas mais altas. As propriedades do material do elastômero mudam porque ele tem mais energia térmica a estas temperaturas mais altas e este aumento em energia térmica permite ao material esticar mais facilmente. Isto impacta tanto o módulo quanto a resistência do material. Por exemplo, o alongamento no ponto de ruptura é reduzido.[0019] The interaction between the base elastomer and the semicrystalline polymer determines the properties of the compositions taught by the present disclosure. The base elastomer is typically an amorphous material. It can be subject to high elongation and it can expand or contract to withstand an applied tension. However, as noted earlier, elastomer material properties can change at higher temperatures. The material properties of the elastomer change because it has more thermal energy at these higher temperatures and this increase in thermal energy allows the material to stretch more easily. This impacts both the modulus and strength of the material. For example, elongation at break point is reduced.

[0020] Em contraste, os polímeros semicristalinos utilizados na presente divulgação têm ambos os domínios amorfos e cristalinos. Sem limitar a divulgação a um mecanismo ou teoria particular, as zonas cristalinas são feitas de polímero altamente empacotado que não deforma ou estica tão facilmente até o ponto de fusão ser atingido e age como aditivos sólidos de reforço abaixo do ponto de fusão. Estas zonas cristalinas não são afetadas por calor com a mesma intensidade que as zonas amorfas, assim sua presença permite que uma composição contendo o polímero semicristalino retenha mais de suas propriedades mecânicas, mesmo quando a temperatura aumenta. Especificamente, a inclusão do polímero semicristalino pode permitir que a composição retenha uma percentagem mais alta de sua resistência, alongamento e rigidez a temperaturas mais altas em relação à sua resistência e rigidez a temperaturas mais baixas. No entanto, quando a temperatura de aplicação ultrapassa o ponto de fusão do polímero semicristalino, a fase líquida fundida agora presente na matriz de elastômero age para intensificar o alongamento e abaixar o módulo a temperaturas elevadas, desse modo revertendo os efeitos da temperatura nas propriedades mecânicas do elastômero original não contendo nenhum polímero semicristalino. Adicionalmente, quando a temperatura de aplicação ultrapassa o ponto de fusão do polímero, o polímero semicristalino fundido pode compensar a perda de alongamento que o elastômero sofre a temperaturas elevadas aumentando o alongamento. Isto se torna possível porque uma fase líquida mais macia dispersa numa matriz de elastômero sólida faz todo o compósito se comportar como um material elástico relativamente mais macio.[0020] In contrast, the semicrystalline polymers used in the present disclosure have both amorphous and crystalline domains. Without limiting the disclosure to a particular mechanism or theory, the crystalline zones are made of highly packed polymer that does not deform or stretch as easily until the melting point is reached and acts as solid reinforcing additives below the melting point. These crystalline zones are not affected by heat to the same degree as the amorphous zones, so their presence allows a composition containing the semicrystalline polymer to retain more of its mechanical properties, even as the temperature increases. Specifically, the inclusion of the semi-crystalline polymer can allow the composition to retain a higher percentage of its strength, elongation, and stiffness at higher temperatures relative to its strength and stiffness at lower temperatures. However, when the application temperature exceeds the melting point of the semicrystalline polymer, the molten liquid phase now present in the elastomer matrix acts to enhance elongation and lower modulus at elevated temperatures, thereby reversing the effects of temperature on mechanical properties of the original elastomer containing no semi-crystalline polymer. Additionally, when the application temperature exceeds the melting point of the polymer, the molten semicrystalline polymer can compensate for the loss of elongation that the elastomer undergoes at elevated temperatures by increasing elongation. This is possible because a softer liquid phase dispersed in a solid elastomer matrix makes the entire composite behave like a relatively softer elastic material.

[0021] O elastômero de base pode ser polar ou não polar. A polaridade do elastômero pode ser controlada pelo uso de monômeros polares, por exemplo, acrilonitrila. Em algumas modalidades, a polaridade do elastômero pode ser aumentada por introdução de grupos polares, tal como grupos carboxilato, quer na espinha dorsal do polímero quer enxertando grupos polares no elastômero. Um exemplo de tal elastômero contendo grupos carboxilato é borracha acrilonitrila butadieno carboxilada (XNBR) ou borracha de nitrila butadieno carboxilada hidrogenada (XHNBR). Da mesma forma, o polímero semicristalino pode ser polar ou não polar. É geralmente vantajoso usar um polímero semicristalino polar quando o elastômero de base é polar. Em certas modalidades, a unidade de monômero de espinha dorsal do polímero semicristalino é uma molécula polar. Em outras modalidades, a unidade de espinha dorsal do polímero semicristalino pode ser modificada com um grupo polar para torná-lo mais compatível com um elastômero de base polar. Um exemplo de um polímero semicristalino que foi modificado com um grupo polar é polipropileno enxertado com anidrido maleico. Exemplos de tais materiais são comercialmente disponíveis sob o nome comercial de FUSABOND® da DuPont. Numa modalidade, o óxido de magnésio ou óxido de zinco é utilizado em combinação com polímeros semicristalinos.[0021] The base elastomer can be polar or non-polar. The polarity of the elastomer can be controlled by using polar monomers, eg acrylonitrile. In some embodiments, elastomer polarity can be increased by introducing polar groups, such as carboxylate groups, either into the polymer backbone or by grafting polar groups onto the elastomer. An example of such an elastomer containing carboxylate groups is carboxylated butadiene acrylonitrile rubber (XNBR) or hydrogenated carboxylated butadiene nitrile rubber (XHNBR). Likewise, the semi-crystalline polymer can be polar or non-polar. It is generally advantageous to use a polar semicrystalline polymer when the base elastomer is polar. In certain embodiments, the semicrystalline polymer backbone monomer unit is a polar molecule. In other embodiments, the semicrystalline polymer backbone unit can be modified with a polar group to make it more compatible with a polar-based elastomer. An example of a semicrystalline polymer that has been modified with a polar group is maleic anhydride grafted polypropylene. Examples of such materials are commercially available under the trade name FUSABOND® from DuPont. In one embodiment, magnesium oxide or zinc oxide is used in combination with semi-crystalline polymers.

[0022] As composições de acordo com a presente divulgação, opcionalmente, podem incluir outros compostos também. Em certas modalidades, as propriedades dos elastômeros podem ser modificadas para satisfazer requisitos de desempenho pela adição de aditivos adequados. Por exemplo, negro de fumo, sílica, fibras e outros aditivos são adicionados como enchimentos de reforço para aumentar o módulo, dureza e resistência à tração. Outros aditivos, tais como acrilato de zinco e metacrilato de zinco, são adicionados aos elastômeros curados com peróxidos para modificar a taxa e o estado de cura e para efetuar reações de enxerto na espinha dorsal do elastômero para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros. Outros aditivos incluem auxiliares de processamento, antioxidantes e compatibilizantes e semelhantes. A seleção de elastômero apropriado depende da faixa de temperatura de aplicação, do ambiente químico, das pressões de fluido e dos conjuntos mecânicos nos quais os elastômeros estão presentes.[0022] Compositions according to the present disclosure, optionally, may include other compounds as well. In certain embodiments, the properties of elastomers can be modified to meet performance requirements by adding suitable additives. For example, carbon black, silica, fibers and other additives are added as reinforcing fillers to increase modulus, hardness and tensile strength. Other additives, such as zinc acrylate and zinc methacrylate, are added to peroxide-cured elastomers to modify the rate and state of cure and to effect graft reactions on the elastomer backbone to improve the mechanical properties of the elastomers. Other additives include processing aids, antioxidants and compatibilizers, and the like. Selection of the appropriate elastomer depends on the application temperature range, chemical environment, fluid pressures, and the mechanical assemblies in which the elastomers are present.

[0023] As composições da presente divulgação podem ser fabricadas misturando juntos os componentes acima descritos. Em certas modalidades, o polímero semicristalino é combinado com o elastômero de base numa faixa de cerca de 10 a cerca de 20 partes por cem partes de elastômero de base. No entanto, em outras modalidades, o polímero semicristalino pode estar presente em tão baixo quanto 5 partes por cem ou tão alto como 25 partes por cem. Do mesmo modo, em certas modalidades, o agente de cura pode ser combinado com o elastômero de base numa faixa de cerca de 2 a cerca de 15 partes por cem partes de elastômero de base. Em outras modalidades, o agente de cura pode estar presente numa faixa de cerca de 4 a cerca de 8 partes por cem. As quantidades dos agentes de cura adicionados definem o grau de reticulação dos componentes de elastômero e como resultado afetam a dureza e o módulo elástico e o grau de alongamento. É geralmente aceito que quanto mais alta a reticulação, mais alta a dureza e o módulo e mais baixo o alongamento.[0023] The compositions of the present disclosure can be manufactured by mixing together the above-described components. In certain embodiments, the semicrystalline polymer is combined with the base elastomer in a range of from about 10 to about 20 parts per hundred parts of base elastomer. However, in other embodiments, the semicrystalline polymer can be present at as low as 5 parts per hundred or as high as 25 parts per hundred. Also, in certain embodiments, the curing agent can be combined with the base elastomer in a range of from about 2 to about 15 parts per hundred parts of base elastomer. In other embodiments, the curing agent can be present in a range of from about 4 to about 8 parts per hundred. The amounts of curing agents added define the degree of crosslinking of the elastomer components and as a result affect the hardness and elastic modulus and degree of elongation. It is generally accepted that the higher the crosslinking, the higher the hardness and modulus and the lower the elongation.

[0024] Quando os materiais componentes foram combinados, eles podem ser misturados por fusão para produzir uma mistura relativamente homogênea. Eles são misturados a uma temperatura de cerca de 70° C, embora a temperatura de mistura dependerá da temperatura de fusão dos materiais componentes. No entanto, é importante que a temperatura de mistura seja mantida abaixo da temperatura de vulcanização para evitar que a composição cure prematuramente. A composição está tipicamente num estado fundido líquido ou altamente amolecido sob as condições de mistura.[0024] When the component materials have been combined, they can be melt blended to produce a relatively homogeneous mixture. They are mixed at a temperature of about 70°C, although the mixing temperature will depend on the melting temperature of the component materials. However, it is important that the mixing temperature is kept below the vulcanization temperature to prevent the composition from prematurely curing. The composition is typically in a molten liquid state or highly softened under mixing conditions.

[0025] Depois de os componentes terem sido misturados, a mistura resultante pode ser vertida num molde da forma desejada. O tamanho e a forma são geralmente determinados pela especificação e pelos requisitos do produto final. Por exemplo, a composição fundida pode ser vertida para um molde anular, se a composição for usada para fazer um O-ring ou um elemento de engaxetamento. No entanto, a composição da presente divulgação pode ser moldado em substancialmente qualquer formato ou tamanho.[0025] After the components have been mixed, the resulting mixture can be poured into a mold as desired. Size and shape are generally determined by the specification and requirements of the final product. For example, the molten composition can be poured into an annular mold if the composition is used to make an O-ring or a packing element. However, the composition of the present disclosure can be molded into substantially any shape or size.

[0026] A composição é, então, vulcanizada ou curada aquecendo a composição até uma temperatura mais alta que a temperatura de vulcanização, tipicamente enquanto ainda no molde. Este aquecimento pode fazer o elastômero de base reagir com os agentes de cura, como discutido acima, e formar as reticulações que proporcionam o produto final com a sua resistência e durabilidade. Tipicamente, a composição é aquecida até cerca de 175 ° C por pelo menos 20-30 minutos. Após a vulcanização ter sido completada, a composição é resfriada e o produto final é removido do molde.[0026] The composition is then vulcanized or cured by heating the composition to a temperature higher than the vulcanization temperature, typically while still in the mold. This heating can cause the base elastomer to react with the curing agents, as discussed above, and form the crosslinks that provide the final product with its strength and durability. Typically, the composition is heated to about 175 °C for at least 20-30 minutes. After vulcanization is complete, the composition is cooled and the final product is removed from the mold.

[0027] Como resultado deste processo, o polímero semicristalino é misturado com o elastômero vulcanizado. Verificou-se que, para melhoria de desempenho a altas temperaturas, os polímeros semicristalinos, tal como náilon, podem ser úteis em aplicações de vedação, ao passo que polímeros, tal como poliolefinas ou poliolefinas enxertadas com anidrido maleico, podem ser adequados para elementos de packer. Os materiais com valores de tensão mais altos em todos os valores de deformação podem ser úteis em aplicações de vedação, ao passo que os materiais com tensões mais baixas e alongamentos mais altos a altas temperaturas mais altas podem ser úteis em aplicações de packer. Modificação de polímeros de poliolefinas não polares com grupos anidrido maleico polares aumentou significativamente alongamentos finais. Além disso, o uso de polímeros semicristalinos pode ser adicionado a elastômeros caros, tal como perfloroelastômeros (por exemplo, KALREZ®), que são elastômeros de alto custo alto desempenho, para reduzir o custo do material sem comprometer significativamente o desempenho.[0027] As a result of this process, the semi-crystalline polymer is mixed with the vulcanized elastomer. It has been found that, for high temperature performance improvement, semi-crystalline polymers such as nylon may be useful in sealing applications, whereas polymers such as polyolefins or maleic anhydride grafted polyolefins may be suitable for sealing elements. packer. Materials with higher stress values at all strain values can be useful in sealing applications, while materials with lower stresses and higher elongations at higher temperatures can be useful in packer applications. Modification of non-polar polyolefin polymers with polar maleic anhydride groups significantly increased final elongations. Furthermore, the use of semi-crystalline polymers can be added to expensive elastomers, such as perfloroelastomers (eg KALREZ®), which are high-cost, high-performance elastomers to reduce material cost without significantly compromising performance.

[0028] Adicionalmente, polímeros semicristalinos podem ser geralmente menos sensíveis a ataque químico do que elastômeros por várias razões. Em primeiro lugar, os parâmetros de solubilidade de produtos químicos típicos encontrados em operações de fundo de poço são significativamente diferentes daqueles para polímeros semicristalinos. Em segundo lugar, a penetração de produtos químicos numa matriz cristalina é muito menor do que numa matriz de elastômero. Por exemplo, Parâmetros de Solubilidade para polímeros relevantes são: Náilon, 13,5; borracha Nitrila, 8,1; Polietileno, 8,0; Polipropileno, 7,9 e PTFE, 6.2 (unidades cal1/2cm-3/2). Os solventes mais aceitáveis para o tipo de borracha à base de butadieno de materiais caem na faixa de 7,8-9,2. Por exemplo, o parâmetro de solubilidade para tolueno é de 8,9. Assim, o tolueno é esperado ser um não solvente para náilon e poliolefinas. Portanto, é provável que a compatibilidade química dos compósitos da presente divulgação será melhor que para a composição elastômero de base.[0028] Additionally, semi-crystalline polymers may generally be less sensitive to chemical attack than elastomers for several reasons. First, the solubility parameters of typical chemicals found in downhole operations are significantly different from those for semi-crystalline polymers. Second, penetration of chemicals into a crystalline matrix is much less than that into an elastomer matrix. For example, Solubility Parameters for relevant polymers are: Nylon, 13.5; Nitrile rubber, 8.1; Polyethylene, 8.0; Polypropylene, 7.9 and PTFE, 6.2 (units cal1/2cm-3/2). The most acceptable solvents for the butadiene-based rubber type of materials fall in the range of 7.8-9.2. For example, the solubility parameter for toluene is 8.9. Thus, toluene is expected to be a non-solvent for nylon and polyolefins. Therefore, it is likely that the chemical compatibility of the composites of the present disclosure will be better than for the base elastomer composition.

[0029] As composições da presente divulgação podem ser usadas numa variedade de aplicações de fundo de poço incluindo, por exemplo, fabricar um componente de ferramentas mecânicas utilizadas no fundo de poço. Em geral, as composições podem ser adequadas para qualquer componente de uma ferramenta de fundo de poço que experimenta tensões e deforma em resposta a estas tensões. Em certas modalidades, a composição pode ser utilizada para fabricar o elemento de engaxetamento de um tampão de obstrução, packer ou ferramenta semelhante. Em outras modalidades, as composições podem ser usadas para fabricar O-rings ou gaxetas. Uma pessoa com conhecimentos na arte com o benefício desta divulgação seria capaz de selecionar a composição adequada para uma ferramenta particular com base, entre outros fatores, nas características de material da composição e nos requisitos de projeto da ferramenta e do componente da ferramenta. Por exemplo, como discutido em conexão com os dados abaixo, os materiais com valores de tensão mais altos em todos os valores de deformação podem ser úteis em aplicações de vedação, ao passo que os materiais com tensões mais baixas e alongamentos mais altos a temperaturas mais altas podem ser úteis em aplicações de packer.[0029] The compositions of the present disclosure can be used in a variety of downhole applications including, for example, manufacturing a component of power tools used in the downhole. In general, the compositions may be suitable for any component of a downhole tool that experiences stresses and deforms in response to those stresses. In certain embodiments, the composition can be used to make the packing member of a plug, packer, or similar tool. In other embodiments, the compositions can be used to make O-rings or gaskets. A person skilled in the art with the benefit of this disclosure would be able to select the proper composition for a particular tool based, among other factors, on the material characteristics of the composition and the design requirements of the tool and tool component. For example, as discussed in connection with the data below, materials with higher stress values at all strain values can be useful in sealing applications, whereas materials with lower stresses and higher elongations at higher temperatures high can be useful in packer applications.

[0030] Numa modalidade, as composições da presente divulgação podem ser usadas para fabricar componentes usados num conjunto de packer, tal como o elemento de vedação. Nesta modalidade, o conjunto de packer pode ser usado para criar uma barreira física isolando diferentes zonas de um furo de poço aberto uma da outra no processo de perfuração. O conjunto de packer pode ser introduzido no fundo de poço numa forma não expandida, até posicionado dentro do furo de poço, onde é necessário isolamento. O conjunto de packer (e o elemento de vedação) pode, então, ser expandido mecanicamente para contatar uma porção da superfície externa da coluna no fundo de poço e uma porção da superfície interna do revestimento ou da parede de furo de poço. A expansão do conjunto de packer pode criar uma barreira entre a coluna de fundo de poço e o revestimento interno ou a parede exposta do furo de poço. Estas barreiras podem ser capazes de suportar altas temperaturas e pressões, permitindo isolamento de diferentes zonas do poço. Em alguns exemplos, um conjunto de packer recuperável pode ser usado em que o conjunto de packer é introduzido no fundo de poço e usado para completação de uma tarefa, mas é, em seguida, recuperado retraindo o elemento de vedação de modo que o conjunto de packer possa ser recuperado do furo de poço.[0030] In one embodiment, the compositions of the present disclosure can be used to manufacture components used in a packer assembly, such as the sealing member. In this embodiment, the packer assembly can be used to create a physical barrier by isolating different zones of an open wellbore from one another in the drilling process. The packer assembly can be inserted into the downhole in an unexpanded form, even positioned within the wellbore where insulation is required. The packer assembly (and sealing element) can then be mechanically expanded to contact a portion of the outer surface of the column at the downhole and a portion of the inner surface of the casing or wellbore wall. The expansion of the packer assembly can create a barrier between the downhole column and the inner casing or exposed wellbore wall. These barriers may be able to withstand high temperatures and pressures, allowing isolation of different zones in the well. In some examples, a retrievable packer assembly can be used where the packer assembly is introduced to the downhole and used to complete a task, but is then recovered by retracting the sealing element so that the packer can be retrieved from the wellbore.

[0031] A modalidade ilustrativa da Figura 1 mostra um sistema de poço 10 no qual pode ser utilizado tal sistema de packer exemplar. No sistema 10, um conjunto de packer 12 é usado para proporcionar uma barreira de fluido e pressão num anular 14 formado entre um tubular 16 e uma superfície interna de furo de poço 18. Embora a superfície 18 seja representada na Figura 1 como sendo formada num interior de um revestimento, liner ou outro tipo de coluna tubular 20 que é encerrada em cimento 22, a superfície 18 pode em vez disso ser formada numa parede interna de uma formação 24 (por exemplo, em uma porção não revestida do poço), ou poderia ser qualquer outra superfície no poço. O conjunto de packer 12 inclui um elemento de vedação 26 que é estendido para fora para contatar vedavelmente a superfície 18. Nesta modalidade, o elemento de vedação 26 é disposto no tubular 16.[0031] The illustrative modality of Figure 1 shows a well system 10 in which such an exemplary packer system can be used. In system 10, a packer assembly 12 is used to provide a fluid and pressure barrier in an annular 14 formed between a tubular 16 and an inner wellbore surface 18. Although surface 18 is shown in Figure 1 as being formed into a inside a casing, liner or other type of tubular column 20 that is encased in cement 22, surface 18 may instead be formed on an inner wall of a formation 24 (e.g., in an unlined portion of the well), or it could be any other surface in the well. Packer assembly 12 includes a sealing element 26 that extends outwardly to sealably contact surface 18. In this embodiment, sealing element 26 is disposed on tubular 16.

[0032] No exemplo ilustrado, o elemento de vedação 26 pode ser feito de uma composição que compreende um elastômero de base, um agente de cura e um aditivo de polímero semicristalino. Além disso, nesta modalidade, o elemento de vedação 26 é restrito de deslocar longitudinalmente no anular 14 por meio de anéis de extremidade 28 posicionados em extremidades opostas do elemento de vedação 26.[0032] In the illustrated example, the sealing member 26 can be made of a composition comprising a base elastomer, a curing agent and a semi-crystalline polymer additive. Furthermore, in this embodiment, the sealing element 26 is restricted from longitudinally displaced in the annular 14 by means of end rings 28 positioned at opposite ends of the sealing element 26.

[0033] Com referência adicionalmente agora à Figura 2, uma vista em seção transversal esquemática do conjunto de packer 12 é representativamente ilustrada afastada do restante do sistema de poço 10. Nesta modalidade do conjunto de packer 12, os anéis de extremidade 28 são acoplados a um tubular 16. No sistema de poço 10, o tubular 16 pode ser fornecido com conexões de extremidade roscadas apropriadas (não mostradas) e pode ser acoplado como uma parte de uma coluna de fundo de poço (não mostrada). O conjunto de packer 12 pode, alternativamente, ser usado em outros sistemas de poços, sem afastamento dos princípios da divulgação.[0033] With reference now additionally to Figure 2, a schematic cross-sectional view of packer assembly 12 is representatively shown removed from the remainder of well system 10. In this embodiment of packer assembly 12, end rings 28 are coupled to a tubular 16. In the downhole system 10, the tubular 16 can be provided with suitable threaded end connections (not shown) and can be coupled as a part of a downhole string (not shown). Packer assembly 12 may alternatively be used in other well systems without departing from the principles of disclosure.

[0034] Com referência agora à Figura 3, outra modalidade de um sistema de poço 30 é mostrada. O conjunto de packer 32 é mostrado sem elementos longitudinalmente restritivos, tal como os anéis de extremidade 28 (mostrados na Figura 1). O conjunto de packer 32 é usado para proporcionar uma barreira de fluido e pressão num anular 14 formado entre uma coluna de fundo de poço tubular 34 e uma superfície interna de furo de poço 18. Embora a superfície 18 seja representada na Figura 3 como sendo formada num interior de um revestimento, liner ou outro tipo de coluna tubular 20 que é encerrada em cimento 22, a superfície 18 pode em vez disso ser formada numa parede interna de uma formação 24 (por exemplo, em uma porção não revestida do poço), ou poderia ser qualquer outra superfície no poço. O conjunto de packer 12 inclui um elemento de vedação 26 que é estendido para fora a fim de contatar vedavelmente a superfície 18. Neste sistema 32, o elemento de vedação 36 é disposto diretamente na coluna de fundo de poço de tubular 34.[0034] Referring now to Figure 3, another embodiment of a well system 30 is shown. Packer assembly 32 is shown without longitudinally restrictive elements such as end rings 28 (shown in Figure 1). Packer assembly 32 is used to provide a fluid and pressure barrier in an annular 14 formed between a tubular downhole column 34 and an inner wellbore surface 18. Although surface 18 is shown in Figure 3 as being formed in an interior of a casing, liner or other type of tubular column 20 that is encased in cement 22, surface 18 may instead be formed on an inner wall of a formation 24 (e.g., in an unlined portion of the well), or it could be any other surface in the well. Packer assembly 12 includes a sealing element 26 which is extended outwardly to sealably contact surface 18. In this system 32, sealing element 36 is disposed directly on the tubular shaft 34.

[0035] Um método de operação do conjunto de packer exemplar também é fornecido. O método pode incluir as etapas de proporcionar um conjunto de packer compreendendo um tubular e pelo menos um elemento de vedação disposto no tubular, em que o elemento de vedação compreende um elastômero vulcanizado compreendendo um elastômero de base, um agente de cura e um aditivo de polímero semicristalino; posicionar o conjunto de packer em pelo menos uma porção de um furo de poço; e expandir a vedação para contatar a superfície interna de um revestimento, liner ou outro tipo de coluna tubular que é encerrado em cimento (a superfície poderia em vez disso ser formada numa parede interna de uma formação ou poderia ser qualquer outra superfície no poço) e a superfície externa do tubular. Em certas modalidades, o método pode compreender ainda recuperar o conjunto de packer permitindo ao elemento de vedação retrair pelo menos parcialmente, de modo que o conjunto de packer possa ser recuperado do furo de poço para a superfície.[0035] A method of operating the exemplar packer set is also provided. The method may include the steps of providing a packer assembly comprising a tubular and at least one sealing element disposed on the tubular, wherein the sealing element comprises a vulcanized elastomer comprising a base elastomer, a curing agent and a curing additive. semi-crystalline polymer; positioning the packer assembly in at least a portion of a wellbore; and expanding the seal to contact the inner surface of a casing, liner or other type of tubular column that is encased in cement (the surface could instead be formed on an inner wall of a formation or it could be any other surface in the well) and the outer surface of the tubular. In certain embodiments, the method may further comprise recovering the packer assembly by allowing the sealing member to at least partially retract so that the packer assembly can be retrieved from the wellbore to the surface.

EXEMPLOSEXAMPLES

[0036] Para facilitar uma melhor compreensão da presente divulgação, os seguintes exemplos de certos aspectos de algumas modalidades preferidas são dados. De modo algum os seguintes exemplos devem ser lidos para limitar ou definir o escopo das reivindicações.[0036] To facilitate a better understanding of the present disclosure, the following examples of certain aspects of some preferred embodiments are given. In no way should the following examples be read to limit or define the scope of the claims.

[0037] Uma série de experimentos foi realizada para testar os efeitos da adição de vários polímeros semicristalinos a um elastômero de base. O elastômero de base testado para estes experimentos foi borracha nitrila butadieno hidrogenada (HNBR). Todas as amostras continham 25% de negro de carbono N55O, óxido de magnésio (50 mícrons de tamanho) para todas as composições, exceto uma, e coagentes SARET® S633 e SARET® S634 da Sartomer Corporation. As amostras foram curadas com peróxido, VUL- CUP® 8100 (a,a'-bis (terc-butilperoxi) di-isopropilbenzeno, disponível de Arkema Chemicals.[0037] A series of experiments was carried out to test the effects of adding various semi-crystalline polymers to a base elastomer. The base elastomer tested for these experiments was hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR). All samples contained 25% N55O carbon black, magnesium oxide (50 microns in size) for all but one compositions, and Sartomer Corporation SARET® S633 and SARET® S634 co-agents. Samples were cured with peroxide, VUL-CUP® 8100 (a,a'-bis (tert-butylperoxy) di-isopropylbenzene, available from Arkema Chemicals.

[0038] O compósito vulcanizado foi preparado de acordo com algumas modalidades aqui descritas usando primeira mistura de fusão (mastigação) seguida por moldagem. As misturas compósitas foram misturadas em fusão primeiro usando um misturador de borracha fornecido por Brabender. A câmara de mistura do misturador de borracha foi pré- aquecida a 70°C (158°F) e a taxa de rotação do parafuso foi ajustada em 30 RPM. O misturador de borracha foi carregado na seguinte ordem: elastômero, polímero semicristalino, agente de reforço, óxido de magnésio (quando utilizado) coagentes e agente de vulcanização de acordo com as quantidades mostradas na Tabela 1. A mistura foi misturada no misturador de borracha por 30 minutos a 30 RPM. A mistura foi removida e cortada em pequenos pedaços para moldagem em prismas cúbicos. Para vulcanizar e moldar a mistura em folhas, a mistura misturada foi carregada na fenda retangular num molde de metal e vulcanizada (curada) e moldada por compressão a 177°C (350,6°F) por 20 minutos sob uma carga de cerca de 2000 a 3000 libras . A folha foi estampada com moldes em forma de osso de cão para obter amostras para testes de tração. A dureza foi medida por um testador de dureza Shore e resistências à tração em diferentes deformações foram medidas num testador Instrol fornecido com uma câmara de aquecimento.[0038] The vulcanized composite was prepared according to some modalities described herein using first melt mixing (chewing) followed by molding. The composite mixtures were melt blended first using a rubber blender supplied by Brabender. The mixing chamber of the rubber mixer was preheated to 70°C (158°F) and the screw rotation rate was set at 30 RPM. The rubber blender was loaded in the following order: elastomer, semi-crystalline polymer, reinforcing agent, magnesium oxide (when used) co-agents and vulcanizing agent according to the amounts shown in Table 1. The blend was blended into the rubber blender by 30 minutes at 30 RPM. The mixture was removed and cut into small pieces for molding into cubic prisms. To vulcanize and shape the mixture into sheets, the mixed mixture was loaded into the rectangular slit in a metal mold and vulcanized (cured) and compression molded at 177°C (350.6°F) for 20 minutes under a load of about 2000 to 3000 pounds. The sheet was stamped with dog bone molds to obtain samples for tensile testing. Hardness was measured by a Shore hardness tester and tensile strengths at different strains were measured by an Instrol tester supplied with a heating chamber.

[0039] Cinco polímeros semicristalinos foram testados, incluíam polipropileno (PP), polietileno (PE), náilon 12, propileno enxertado com anidrido maleico (FUSABOND® P MD353D) e polietileno enxertado com anidrido maleico (FUSABOND® E MX11OD). A finalidade dos dois últimos materiais era diminuir incompatibilidade entre o polímero de matriz polar (HNBR) e o polímero de poliolefina semicristalino não polar por incorporação de grupos polares nos polímeros não polares. Os pontos de fusão do semicristalino foram escolhidos de tal forma que eles fundissem em torno da temperatura empregada durante a mistura e recristalizassem subsequente a vulcanização e cura. Os pontos de fusão de polietileno (baixa densidade), polipropileno e Náilon 12 são de 110-120°C, 157-161°C e 178°C (Tg, 37° C), respectivamente. Os pontos de fusão de PP e PE enxertados com anidrido maleico (baixa densidade linear) foram de 136°C e 122°C, respectivamente. A natureza cristalina dos polímeros era esperado aumentar o módulo de compósito vulcanizado a temperaturas abaixo dos seus pontos de fusão e, possivelmente, aumentar o alongamento final a temperaturas abaixo, bem como acima do ponto de fusão dos polímeros. Todos os materiais semicristalinos foram adicionados a dez partes por cem partes de polímero de base (PHR). As composições estão listadas na Tabela 1 abaixo. Tabela 1

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[0039] Five semi-crystalline polymers were tested, including polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon 12, maleic anhydride grafted propylene (FUSABOND® P MD353D) and maleic anhydride grafted polyethylene (FUSABOND® E MX11OD). The purpose of the last two materials was to decrease incompatibility between the polar matrix polymer (HNBR) and the non-polar semicrystalline polyolefin polymer by incorporating polar groups into the non-polar polymers. The semicrystalline melting points were chosen in such a way that they melt around the temperature employed during mixing and recrystallize subsequent to vulcanization and curing. The melting points of polyethylene (low density), polypropylene and Nylon 12 are 110-120°C, 157-161°C and 178°C (Tg, 37°C), respectively. Melting points of maleic anhydride grafted PP and PE (low linear density) were 136°C and 122°C, respectively. The crystalline nature of the polymers was expected to increase the vulcanized composite modulus at temperatures below their melting points and possibly increase the ultimate elongation at temperatures below as well as above the melting point of the polymers. All semi-crystalline materials were added to ten parts per hundred parts base polymer (PHR). The compositions are listed in Table 1 below. Table 1
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[0040] Como mostrado na Tabela 2 abaixo, várias propriedades mecânicas das composições de amostra foram testadas à temperatura ambiente (72°F). Estas propriedades incluíam a dureza do material (Shore A), bem como a resistência à tração em várias deformações. Os materiais foram esticados até eles romperem e a tensão foi medida em intervalos: 25% de deformação, 50% de deformação, 100% de deformação, 150% de deformação e 200% de deformação. A tensão de tração no ponto de ruptura e o alongamento no ponto de ruptura também foram medidos. Tabela 2 - Propriedades Mecânicas a 72° F

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[0040] As shown in Table 2 below, various mechanical properties of the sample compositions were tested at room temperature (72°F). These properties included material hardness (Shore A) as well as tensile strength at various strains. The materials were stretched until they broke and stress was measured at intervals: 25% strain, 50% strain, 100% strain, 150% strain and 200% strain. Tensile stress at break point and elongation at break point were also measured. Table 2 - Mechanical Properties at 72° F
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[0041] As propriedades mecânicas das composições também foram testadas a temperaturas elevadas. Amostras das composições foram aquecidas até 212° F e 302° F. Em cada temperatura, uma amostra foi esticada até que a amostra romper. A tensão de tração no ponto de ruptura e o alongamento no ponto de ruptura foram medidos. Os resultados para 212° F e 302° F são mostrados na Tabela 3 e Tabela 4, respectivamente. Tabela 3 - Propriedades Mecânicas a 212° F

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Tabela 4 - Propriedades Mecânicas a 302° F
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[0041] The mechanical properties of the compositions were also tested at elevated temperatures. Samples of the compositions were heated to 212°F and 302°F. At each temperature, a sample was stretched until the sample ruptured. Tensile stress at break point and elongation at break point were measured. The results for 212°F and 302°F are shown in Table 3 and Table 4, respectively. Table 3 - Mechanical Properties at 212° F
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Table 4 - Mechanical Properties at 302° F
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[0042] Como pode ser visto a partir dos dados acima, o aquecimento das composições de amostra abaixou as propriedades mecânicas pelo menos até algum grau, independentemente da presença ou do tipo de material semicristalino utilizado. Por exemplo, como mostrado na Tabela 2, tensão de tração no ponto de ruptura do grupo de controle a 72°F é de 4134 psi. Como mostrado na Tabela 3, tensão de tração no ponto de ruptura do grupo de controle a 212°F é de 1081 psi. Como mostrado na Tabela 4, resistência à tração no ponto de ruptura do grupo controle a 302° F é de 760 psi. Todas as outras amostras apresentaram também reduzidas propriedades mecânicas (tanto resistência à tração quanto alongamento) no ponto de ruptura quando elas foram aquecidas. No entanto, as propriedades mecânicas foram reduzidos menos quando se utilizou um material semicristalino.[0042] As can be seen from the above data, heating the sample compositions lowered the mechanical properties to at least some degree, regardless of the presence or type of semi-crystalline material used. For example, as shown in Table 2, tensile stress at the 72°F control group break point is 4134 psi. As shown in Table 3, control group tensile stress at break point at 212°F is 1081 psi. As shown in Table 4, the control group tensile strength at breaking point at 302°F is 760 psi. All other samples also showed reduced mechanical properties (both tensile strength and elongation) at the breaking point when they were heated. However, the mechanical properties were reduced less when using a semi-crystalline material.

[0043] Os dados nas Tabelas 2-4 foram usados para calcular a percentagem de retenção de propriedades mecânicas a 212° F e 302° F, e estas percentagens são mostradas na Tabela 5 abaixo. Por exemplo, como discutido acima, tensão de tração no ponto de ruptura o grupo de controle é de 4134 psi a 72° F, 1.081 psi a 212° F e 760 psi a 302° F. Assim, o grupo de controle retém 26% (isto é, 1081/4134) da tensão de tração no ponto de ruptura a 212° F e 18% (isto é, 760/4134) da tensão de tração no ponto de ruptura a 302° F. Um cálculo similar foi feito para o alongamento no ponto de ruptura. A Tabela 5 mostra a percentagem de retenção para cada uma das altas temperaturas testadas e cada uma das propriedades mecânicas medidas. Tabela 5 - Retenção Percentual de Propriedades Mecânicas a 212° F e 302° F

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[0043] The data in Tables 2-4 were used to calculate the percentage retention of mechanical properties at 212°F and 302°F, and these percentages are shown in Table 5 below. For example, as discussed above, tensile stress at break point in the control group is 4134 psi at 72°F, 1,081 psi at 212°F, and 760 psi at 302°F. Thus, the control group retains 26% (ie, 1081/4134) of the tensile stress at the breaking point at 212°F and 18% (ie, 760/4134) of the tensile strength at the breaking point at 302°F. A similar calculation was made for the elongation at the breaking point. Table 5 shows the retention percentage for each of the high temperatures tested and each of the measured mechanical properties. Table 5 - Percentage Retention of Mechanical Properties at 212° F and 302° F
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[0044] A percentagem de retenção das propriedades mecânicas também é mostrada nas Figuras 4 e 5. A Figura 4 mostra a percentagem de retenção de tensão no ponto de ruptura. A Figura 5 mostra a percentagem de retenção de alongamento no ponto de ruptura. Uma comparação da percentagem de retenção de propriedades mecânicas a 212° F e 302° F para todos os sistemas testados indica que a percentagem de retenção da tensão final na ruptura (resistência à tração) e o alongamento final na ruptura são aumentados quando polímeros semicristalinos são incorporados em composições de elastômero.[0044] The percentage retention of mechanical properties is also shown in Figures 4 and 5. Figure 4 shows the percentage retention of stress at the breaking point. Figure 5 shows the percentage retention of elongation at break point. A comparison of the percent retention of mechanical properties at 212°F and 302°F for all systems tested indicates that the percent retention of ultimate stress at break (tensile strength) and ultimate elongation at break are increased when semi-crystalline polymers are incorporated into elastomer compositions.

[0045] Os resultados também mostram que polímeros semicristalinos aumentaram a dureza Shore A dos compósitos em cerca de 4-7 unidades. Polímeros semicristalinos não modificados, com exceção para náilon 12, abaixaram módulos e aumentaram alongamento em todas as temperaturas. Náilon essencialmente manteve alto módulo em todas as temperaturas, enquanto alongamentos percentuais permaneceram semelhantes para a amostra de controle a altas temperaturas. Modificação de polímeros de poliolefinas não polares com grupos anidrido maleico polares aumentou significativamente alongamentos finais. Esses materiais com valores de tensão mais altos em todos os valores de deformação são esperados serem úteis em aplicações de vedação, ao passo que os materiais com tensões mais baixas e alongamentos mais altos a temperaturas mais altas são esperados serem úteis em aplicações de packer.[0045] The results also show that semi-crystalline polymers increased the Shore A hardness of the composites by about 4-7 units. Unmodified semi-crystalline polymers, except for nylon 12, lowered modulus and increased elongation at all temperatures. Nylon essentially maintained high modulus at all temperatures, while percentage elongations remained similar for the control sample at higher temperatures. Modification of non-polar polyolefin polymers with polar maleic anhydride groups significantly increased final elongations. Those materials with higher stress values at all strain values are expected to be useful in sealing applications, whereas materials with lower stresses and higher elongations at higher temperatures are expected to be useful in packer applications.

[0046] Uma modalidade da presente divulgação é uma composição compreendendo: um elastômero de base; um agente curativo; e um polímero semicristalino. Opcionalmente, a composição compreende ainda um enchimento selecionado do grupo que consiste em negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o elastômero de base compreende um elastômero selecionado do grupo que consiste em nitrila butadieno, acrilonitrila butadieno carboxilada, acrilonitrila butadieno hidrogenada, acrilonitrila butadieno carboxilada hidrogenada, acrilonitrila butadieno hidrogenada carboxilada, etileno propileno, etileno propileno dieno, tetrafluoretileno, propileno, um fluorcarbono, perfluorelastômero e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o agente curativo compreende um composto selecionado do grupo consistindo em um peróxido orgânico, um composto de enxofre, um composto azo e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo consistindo em polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino compreende pelo menos um grupo polar. Opcionalmente, o elastômero de base e o polímero semicristalino são ambos polares. Opcionalmente, o polímero semicristalino está presente numa quantidade de cerca de 5 a cerca de 25 partes por cem do polímero de base.[0046] One embodiment of the present disclosure is a composition comprising: a base elastomer; a curative agent; and a semi-crystalline polymer. Optionally, the composition further comprises a filler selected from the group consisting of carbon black, silica, fibers and any combination thereof. Optionally, the base elastomer comprises an elastomer selected from the group consisting of nitrile butadiene, carboxylated butadiene acrylonitrile, hydrogenated butadiene acrylonitrile, hydrogenated carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated hydrogenated butadiene acrylonitrile, ethylene tetrafluorene, propylene propylene, ethylene perfluoroelastomer and any combination thereof. Optionally, the curative agent comprises a compound selected from the group consisting of an organic peroxide, a sulfur compound, an azo compound and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, a polyamide, maleic anhydride grafted polypropylene, maleic anhydride grafted polyethylene, polyphenylene sulfide, crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide , a polyester and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer comprises at least one polar group. Optionally, the base elastomer and the semicrystalline polymer are both polar. Optionally, the semicrystalline polymer is present in an amount of from about 5 to about 25 parts per hundred of the base polymer.

[0047] Outra modalidade da presente divulgação é uma ferramenta compreendendo: pelo menos um componente compreendendo um elastômero vulcanizado, em que o elastômero vulcanizado compreende um elastômero de base, um agente curativo e um polímero semicristalino. Opcionalmente, o elastômero vulcanizado compreendendo ainda um enchimento selecionado do grupo que consiste em negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo consistindo em polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino está presente no elastômero vulcanizado numa quantidade de cerca de 5 partes por cem do polímero de base a cerca de 25 partes por cem do polímero de base.[0047] Another embodiment of the present disclosure is a tool comprising: at least one component comprising a vulcanized elastomer, wherein the vulcanized elastomer comprises a base elastomer, a curative agent and a semi-crystalline polymer. Optionally, the vulcanized elastomer further comprising a filler selected from the group consisting of carbon black, silica, fibers and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, a polyamide, maleic anhydride grafted polypropylene, maleic anhydride grafted polyethylene, polyphenylene sulfide, crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide , a polyester and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer is present in the vulcanized elastomer in an amount from about 5 parts per hundred of the base polymer to about 25 parts per hundred of the base polymer.

[0048] Outra modalidade da presente divulgação é um método compreendendo: misturar um elastômero de base, um agente curativo e um polímero semicristalino para formar uma mistura; colocar a mistura num molde; e vulcanizar a mistura. Opcionalmente, a mistura compreende ainda um enchimento selecionado do grupo que consiste em negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o elastômero de base compreende um elastômero selecionado do grupo que consiste em nitrila butadieno, acrilonitrila butadieno carboxilada, acrilonitrila butadieno hidrogenada, acrilonitrila butadieno carboxilada hidrogenada, acrilonitrila butadieno hidrogenada carboxilada, etileno propileno, etileno propileno dieno, tetrafluoretileno, propileno, um fluorcarbono, perfluorelastômero e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o agente curativo compreende um composto selecionado do grupo consistindo em um peróxido orgânico, um composto de enxofre, um composto azo e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo consistindo em polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos. Opcionalmente, o polímero semicristalino compreende pelo menos um grupo polar. Opcionalmente, o elastômero de base e o polímero semicristalino são ambos polares. Opcionalmente, o polímero semicristalino está presente numa quantidade de cerca de 5 partes por cem do polímero de base a cerca de 25 partes por cem do polímero de base.[0048] Another embodiment of the present disclosure is a method comprising: mixing a base elastomer, a curative agent and a semi-crystalline polymer to form a blend; place the mixture in a mold; and vulcanize the mixture. Optionally, the mixture further comprises a filler selected from the group consisting of carbon black, silica, fibers and any combination thereof. Optionally, the base elastomer comprises an elastomer selected from the group consisting of nitrile butadiene, carboxylated butadiene acrylonitrile, hydrogenated butadiene acrylonitrile, hydrogenated carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated hydrogenated butadiene acrylonitrile, ethylene tetrafluorene, propylene propylene, ethylene perfluoroelastomer and any combination thereof. Optionally, the curative agent comprises a compound selected from the group consisting of an organic peroxide, a sulfur compound, an azo compound and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, a polyamide, maleic anhydride grafted polypropylene, maleic anhydride grafted polyethylene, polyphenylene sulfide, crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide , a polyester and any combination thereof. Optionally, the semicrystalline polymer comprises at least one polar group. Optionally, the base elastomer and the semicrystalline polymer are both polar. Optionally, the semicrystalline polymer is present in an amount of from about 5 parts per hundred of the base polymer to about 25 parts per hundred of the base polymer.

[0049] Outra modalidade da presente divulgação é um método compreendendo: proporcionar um conjunto de packer compreendendo um tubular e pelo menos um elemento de vedação disposto no tubular, em que o elemento de vedação compreende um elastômero vulcanizado compreendendo um elastômero de base, um agente curativo e um aditivo de polímero semicristalino; posicionar o conjunto de packer em pelo menos uma porção de um furo de poço; e expandir a vedação para contatar pelo menos uma porção de um furo de poço; e expandir a vedação para contatar pelo menos uma porção de uma superfície interna do furo de poço ou de um revestimento disposto no furo de poço e pelo menos uma porção de uma superfície externa do tubular. Opcionalmente, o furo de poço pode compreender um furo não revestido. Opcionalmente, o método pode ainda compreender permitir ao elemento de vedação pelo menos parcialmente retrair e/ou recuperar o conjunto de packer do furo de poço para a superfície.[0049] Another embodiment of the present disclosure is a method comprising: providing a packer assembly comprising a tubular and at least one sealing element disposed on the tubular, wherein the sealing element comprises a vulcanized elastomer comprising a base elastomer, an agent curative and a semi-crystalline polymer additive; positioning the packer assembly in at least a portion of a wellbore; and expanding the seal to contact at least a portion of a wellbore; and expanding the seal to contact at least a portion of an inner surface of the wellbore or a casing disposed in the wellbore and at least a portion of an outer surface of the tubular. Optionally, the wellbore can comprise an unlined hole. Optionally, the method may further comprise allowing the sealing member to at least partially retract and/or retrieve the packer assembly from the wellbore to the surface.

[0050] Portanto, a presente divulgação é bem adaptada para atingir as finalidades e as vantagens mencionadas, assim como aquelas que são inerentes à mesma. As modalidades particulares divulgadas acima são apenas ilustrativas, pois a presente divulgação pode ser modificada e praticada de maneiras diferentes, mas equivalentes evidentes para os peritos na arte tendo o beneficio dos ensinamentos deste documento. Embora numerosas mudanças possam ser feitas por aqueles versados na técnica, essas mudanças são englobadas dentro do espírito do objeto definido pelas reivindicações anexas. Além disso, nenhuma limitação é pretendida aos detalhes de construção ou projeto mostrados aqui, que não como descritos nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas particulares divulgadas acima podem ser alteradas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do escopo e espírito da presente divulgação. Em particular, toda faixa de valores (por exemplo, "de cerca de a até cerca de b" ou, de modo equivalente, "de aproximadamente a até b" ou, de modo equivalente, "de aproximadamente a a b") aqui divulgada será entendida como se referindo ao conjunto de potência (o conjunto de todos os subconjuntos) da respectiva faixa de valores. Os termos nas reivindicações têm seu significado claro, ordinário, salvo se outra forma explícita e claramente definida pelo titular da patente[0050] Therefore, the present disclosure is well suited to achieve the aforementioned purposes and advantages, as well as those that are inherent thereto. The particular embodiments disclosed above are illustrative only, as the present disclosure may be modified and practiced in different, but equivalent, manners evident to those skilled in the art having the benefit of the teachings herein. Although numerous changes can be made by those skilled in the art, these changes are encompassed within the spirit of the object defined by the appended claims. Furthermore, no limitation is intended on the construction or design details shown here, other than as described in the claims below. Therefore, it is evident that the particular illustrative embodiments disclosed above may be altered or modified and all such variations are considered within the scope and spirit of the present disclosure. In particular, the entire range of values (for example, "from about a to about b" or, equivalently, "from approximately a to b" or, equivalently, "from approximately aab") disclosed herein will be understood. as referring to the power set (the set of all subsets) of the respective value range. The terms in the claims have their clear, ordinary meaning, unless otherwise explicitly and clearly defined by the patent holder

Claims (16)

1. Composição para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço, caracterizadapelo fato de que compreende: um elastômero de base; um agente curativo; e um polímero semicristalino, em que o elastômero de base e o polímero semicristalino são ambos polares.1. Composition to improve mechanical properties of elastomers for downhole applications, characterized by the fact that it comprises: a base elastomer; a curative agent; and a semicrystalline polymer, in which the base elastomer and the semicrystalline polymer are both polar. 2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um enchimento selecionado do grupo que consiste em: negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos.2. Composition according to claim 1, characterized in that it further comprises a filler selected from the group consisting of: carbon black, silica, fibers and any combination thereof. 3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elastômero de base compreende um elastômero selecionado do grupo que consiste em: nitrila butadieno, acrilonitrila butadieno carboxilada, acrilonitrila butadieno hidrogenada, acrilonitrila butadieno carboxilada hidrogenada, acrilonitrila butadieno hidrogenada carboxilada, etileno propileno, etileno propileno dieno, tetrafluoretileno, propileno, um fluorcarbono, perfluorelastômero e qualquer combinação dos mesmos.3. Composition according to claim 1, characterized in that the base elastomer comprises an elastomer selected from the group consisting of: butadiene nitrile, carboxylated butadiene acrylonitrile, hydrogenated butadiene acrylonitrile, hydrogenated carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated hydrogenated acrylonitrile ethylene propylene, ethylene propylene diene, tetrafluoroethylene, propylene, a fluorocarbon, perfluoroelastomer and any combination thereof. 4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente curativo compreende um composto selecionado do grupo que consiste em: um peróxido orgânico, um composto de enxofre, um composto azo e qualquer combinação dos mesmos.4. Composition according to claim 1, characterized in that the curative agent comprises a compound selected from the group consisting of: an organic peroxide, a sulfur compound, an azo compound and any combination thereof. 5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo que consiste em: polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos.5. Composition according to claim 1, characterized in that the semi-crystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of: polypropylene, polyethylene, a polyamide, polypropylene grafted with maleic anhydride, polyethylene grafted with maleic anhydride, polyphenylene sulfide , crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide, a polyester and any combination thereof. 6. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o polímero semicristalino está presente numa quantidade de 5 a 25 partes por cem do polímero de base.6. Composition according to claim 1, characterized in that the semi-crystalline polymer is present in an amount of 5 to 25 parts per hundred of the base polymer. 7. Ferramenta para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um componente compreendendo um elastômero vulcanizado, em que o elastômero vulcanizado compreende um elastômero de base, um agente curativo e um polímero semicristalino, em que o elastômero de base e o polímero semicristalino são ambos polares.7. A tool for improving the mechanical properties of elastomers for downhole applications characterized in that it comprises at least one component comprising a vulcanized elastomer, wherein the vulcanized elastomer comprises a base elastomer, a curative agent and a semi-crystalline polymer, wherein the base elastomer and the semicrystalline polymer are both polar. 8. Ferramenta de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o elastômero vulcanizado compreende ainda um enchimento selecionado do grupo consistindo em: negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos.8. Tool according to claim 7, characterized in that the vulcanized elastomer further comprises a filler selected from the group consisting of: carbon black, silica, fibers and any combination thereof. 9. Ferramenta de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo que consiste em: polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos.9. Tool according to claim 8, characterized in that the semi-crystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of: polypropylene, polyethylene, a polyamide, polypropylene grafted with maleic anhydride, polyethylene grafted with maleic anhydride, polyphenylene sulfide , crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide, a polyester and any combination thereof. 10. Ferramenta de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o polímero semicristalino está presente no elastômero vulcanizado numa quantidade de 5 partes por cem do polímero de base a 25 partes por cem do polímero de base.10. Tool according to claim 7, characterized in that the semi-crystalline polymer is present in the vulcanized elastomer in an amount from 5 parts per hundred of the base polymer to 25 parts per hundred of the base polymer. 11. Método para melhorar as propriedades mecânicas de elastômeros para aplicações de fundo de poço caracterizado pelo fato de que compreende: misturar um elastômero de base; um agente curativo; e um polímero semicristalino para formar uma mistura, em que o elastômero de base e o polímero semicristalino são ambos polares. colocar a mistura num molde; e vulcanizar a mistura.11. Method to improve mechanical properties of elastomers for downhole applications characterized by the fact that it comprises: mixing a base elastomer; a curative agent; and a semicrystalline polymer to form a blend, wherein the base elastomer and the semicrystalline polymer are both polar. place the mixture in a mold; and vulcanize the mixture. 12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mistura compreende ainda um enchimento selecionado do grupo consistindo em: negro de carbono, sílica, fibras e qualquer combinação dos mesmos.12. Method according to claim 11, characterized in that the mixture further comprises a filler selected from the group consisting of: carbon black, silica, fibers and any combination thereof. 13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o elastômero de base compreende um elastômero selecionado do grupo que consiste em: nitrila butadieno, acrilonitrila butadieno carboxilada, acrilonitrila butadieno hidrogenada, acrilonitrila butadieno carboxilada hidrogenada, acrilonitrila butadieno hidrogenada carboxilada, etileno propileno, etileno propileno dieno, tetrafluoretileno, propileno, um fluorcarbono, perfluorelastômero e qualquer combinação dos mesmos.13. Method according to claim 11, characterized in that the base elastomer comprises an elastomer selected from the group consisting of: butadiene nitrile, carboxylated butadiene acrylonitrile, hydrogenated butadiene acrylonitrile, hydrogenated carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated butadiene acrylonitrile, carboxylated hydrogenated acrylonitrile ethylene propylene, ethylene propylene diene, tetrafluoroethylene, propylene, a fluorocarbon, perfluoroelastomer and any combination thereof. 14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o agente curativo compreende um composto selecionado do grupo que consiste em: um peróxido orgânico, um composto de enxofre, um composto azo e qualquer combinação dos mesmos.14. Method according to claim 11, characterized in that the curative agent comprises a compound selected from the group consisting of: an organic peroxide, a sulfur compound, an azo compound and any combination thereof. 15. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o polímero semicristalino compreende um polímero selecionado do grupo que consiste em: polipropileno, polietileno, uma poliamida, polipropileno enxertado com anidrido maleico, polietileno enxertado com anidrido maleico, sulfeto de polifenileno, poliestireno cristalino, polietereter cetona, poliéter cetona, uma poli-imida termoplástica, um poliéster e qualquer combinação dos mesmos.15. Method according to claim 11, characterized in that the semicrystalline polymer comprises a polymer selected from the group consisting of: polypropylene, polyethylene, a polyamide, polypropylene grafted with maleic anhydride, polyethylene grafted with maleic anhydride, polyphenylene sulfide , crystalline polystyrene, polyether ketone, polyether ketone, a thermoplastic polyimide, a polyester and any combination thereof. 16. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o polímero semicristalino está presente numa quantidade de 5 partes por cem do polímero de base a 25 partes por cem do polímero de base.16. Method according to claim 11, characterized in that the semicrystalline polymer is present in an amount from 5 parts per hundred of the base polymer to 25 parts per hundred of the base polymer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69427069T2 (en) * 1993-11-26 2001-09-13 Atofina, Puteaux Thermoplastic rubber polymer alloys adhering to thermoplastics
US6288171B2 (en) * 1998-07-01 2001-09-11 Advanced Elastomer Systems, L.P. Modification of thermoplastic vulcanizates using random propylene copolymers
US6187867B1 (en) * 1999-03-26 2001-02-13 Zeon Chemicals L.P. Hydrogenated nitrile rubber compositions containing thermoplastic polyolefins
US6875813B2 (en) * 1999-05-19 2005-04-05 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Isobutylene-based elastomer blends
ITMI20011061A1 (en) * 2001-05-22 2002-11-22 Ausimont Spa FLUOROELASTOMERIC COMPOSITIONS
ITMI20011062A1 (en) * 2001-05-22 2002-11-22 Ausimont Spa FLUOROELASTOMERIC COMPOSITIONS
US7022769B2 (en) * 2003-07-15 2006-04-04 Freudenberg-Nok General Partnership Dynamic vulcanization of fluorocarbon elastomers
US7354974B2 (en) * 2004-05-20 2008-04-08 Dupont Performance Elastomers Llc Blends of perfluoroelastomers and fluoroplastics
US8653170B2 (en) * 2005-06-27 2014-02-18 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Dynamic vulcanization process for preparing thermoplastic elastomers
US8540032B2 (en) * 2007-06-21 2013-09-24 Swelltec Limited Apparatus and method with hydrocarbon swellable and water swellable body
US20130012635A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-10 Baker Hughes Incorporated Cured thermoplastic polymer for shape memory material and articles formed therefrom
US8939222B2 (en) * 2011-09-12 2015-01-27 Baker Hughes Incorporated Shaped memory polyphenylene sulfide (PPS) for downhole packer applications

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